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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Spektroskopiesysteme bestehen in der Regel aus einer Lichtquelle zum Beleuchten einer Probe, einem Filterelement vor oder nach der Probe und einem Detektor. Die Patentschrift
US 7061618 B2 beschreibt beispielsweise ein miniaturisiertes Spektroskopiesystem, bei dem sich das spektrale Filterelement, hier ein Fabry-Perot-Filter, entweder vor oder nach der Probe befindet.
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Mit modernen, kompakten Spektroskopiesystemen können sehr genaue Spektren aufgenommen werden. Dabei wird üblicherweise die Lichtquelle so betrieben, dass sie möglichst eine breitbandige, sowohl zeitlich als auch spektral konstant verteilte Lichtleistung abstrahlt.
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In der Druckschrift
DE 4334336 A1 ist ein Gasanalysator beschrieben, dessen Messbereich über den Standardbereich bei gleichbleibender Messgenauigkeit erheblich erweitert werden kann, indem oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts der Gaskonzentration das Messgas mit einem inerten Gas derart verdünnt wird, dass die Gaskonzentration am Detektor des Gasanalysators konstant ist. Zu diesem Zweck wird das Detektorausgangssignal einem Regelkreis zugeführt, der dafür sorgt, dass das Messgas oberhalb des besagten Schwellenwertes bei zunehmender Konzentration immer stärker verdünnt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Spektrometers, eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, ein Spektrometer und ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Die Reflektivität einer Probe variiert über den abgedeckten Wellenlängenbereich eines Spektrometers häufig um mehrere Größenordnungen. Bei breitbandiger Beleuchtung und üblichem seriellem Abscannen des Spektralbereichs durch einen Fabry-Perot-Filter erreichen damit den Fotodetektor zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche optische Leistungen. Der dynamische Bereich des Fotodetektors sollte also ebenfalls mehrere Größenordnungen umfassen. In Bereichen niedriger Reflektivität oder niedriger detektierter Leistung ist das Rauschen des Signals nicht durch das Photonenschrotrauschen, sondern durch das additive Rauschen des Detektors, d. h. thermisches Rauschen oder den Dunkelstrom, limitiert.
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Demgegenüber ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz, die emittierte Lichtleistung einer breitbandigen Beleuchtungsquelle eines (Miniatur-) Spektrometers derart nachzuregeln, d. h., die emittierte Lichtleistung jeweils so anzuheben oder abzusenken, dass ein konstantes Signal am Detektor generiert wird, auch wenn sich der Wellenlängenbereich des Lichts, dder vom Detektor detektiert wird, ändert. Somit kann ein wesentlich besseres Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden und ein Betrieb des Detektors im Sättigungsbereich vermieden werden. Dies ermöglicht den Einsatz besonders kostengünstiger Detektoren. Das reflektierte Spektrum kann beispielsweise durch exakte Kenntnis der spektralen Charakteristik der Lichtquelle und der emittierten Lichtleistung aus der nötigen Lichtleistung für das konstante Detektorsignal berechnet werden. Durch eine derartige Anpassung der Lichtleistung kann der Dynamikbereich des Detektors verbessert werden oder ein zu großer Fremdlichtanteil vermieden werden.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Spektrometers vorgestellt, wobei das Spektrometer eine Lichtquelle zum Anstrahlen einer Probe, einen Detektor zum Detektieren einer Intensität von von der Probe reflektiertem und/oder transmittiertem Licht und einen dem Detektor vorgeschalteten durchstimmbaren optischen Filter aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bestimmen eines zum Generieren eines konstanten Signals am Detektor erforderlichen Lichtleistungsspektrums, wobei das Lichtleistungsspektrum eine Solllichtleistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von einer von dem optischen Filter transmittierten Wellenlänge repräsentiert; und
- Ändern einer Istlichtleistung der Lichtquelle unter Verwendung des Lichtleistungsspektrums als Stellgröße, um die Istlichtleistung derart nachzuregeln, dass das für die am optischen Filter transmittierten Wellenlängen konstante Signal am Detektor generiert wird.
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Unter einem Spektrometer kann ein Gerät zum Messen eines Spektrums verstanden werden. Beispielsweise kann das Spektrometer als Mikrospektrometersystem auf Basis eines Fabry-Perot-Filters mit geregeltem Detektorsignal ausgeführt sein. Unter einer Lichtquelle kann eine breitbandig emittierende Lichtquelle wie beispielsweise eine Leuchtdiode, eine Glühbirne, ein thermischer Emitter, eine Phosphorlichtquelle, eine Laserquelle oder eine Kombination aus mehreren solcher Lichtquellen verstanden werden. Unter Lichtleistung kann eine Strahlungsleistung oder -intensität verstanden werden. Unter einem Detektor kann ein lichtsensitives Bauelement wie etwa ein CMOS- oder CCD-Sensor, eine Fotodiode oder ein Fototransistor verstanden werden. Bei dem optischen Filter kann es sich beispielsweise um einen optischen Resonator, etwa in Form eines Fabry-Pérot-Interferometers, handeln. Der optische Filter kann der Probe vor- oder nachgeschaltet sein.
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Unter einem am Detektor generierten Signal kann ein vom Detektor in Abhängigkeit von der Intensität des von der Probe reflektierten Lichts generiertes elektrisches Signal verstanden werden. Das Ändern der Istlichtleistung kann für jede am optischen Filter eingestellte oder einstellbare transmittierte Wellenlänge nacheinander und/oder einzeln in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen, etwa unter Verwendung eines PID-Reglers oder eines sonstigen geeigneten Reglertyps. Hierzu kann der optische Filter derart eingestellt werden, dass er (nacheinander) unterschiedliche Wellenlängen transmittieren lässt.
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Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Bestimmens das Lichtleistungsspektrum in Abhängigkeit von einer am optischen Filter, insbesondere einem Fabry-Perot-Interferometer, eingestellten oder einstellbaren Wellenlänge bestimmt wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, einer eindeutigen und schnell einstellbaren Zuordnung einer bestimmten Lichtleistung zu einer Wellenlänge, wobei insbesondere die Verwendung des Fabry-Perot-Interferometers eine technisch einfache und kostengünstige Umsetzungsmöglichkeit für ein schmalbandiges optisches Filter bietet.
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Auch können in einer weiteren Ausführungsform die Schritte des Bestimmens und des Änderns mehrfach ausgeführt werden, um für je eine von unterschiedlichen vom optischen Filter transmittierte Wellenlängen eine eigene Lichtleistung zu bestimmen, um das Lichtleistungsspektrum zu erhalten. Auf diese Weise kann mit technisch einfachen und kostengünstigen Bauelementen, insbesondere in Bezug auf den Detektor das hier verwendete Lichtleistungsspektrum bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in einem Schritt des Ermittelns ein eine Intensität des von der Probe reflektierten und/oder absorbierten Lichts repräsentierendes Probenspektrum unter Verwendung des Lichtleistungsspektrums ermittelt werden. Dadurch können spektrale Eigenschaften der Probe mit geringem Rechenaufwand zuverlässig und präzise analysiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns zu jeder von dem optischen Filter eingestellten und/oder einstellbaren transmittierten Wellenlänge eine Intensität des von der Probe reflektierten und/oder absorbierten Lichts ermittelt werden, um das Probenspektrums zu ermitteln. Auf diese Weise kann auch das Probenspektrum einfach und mit kostengünstigen Mitteln erhalten werden.
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Dabei kann im Schritt des Ermittelns ein umgekehrt proportionales Verhältnis zwischen einer Intensität des Lichts im Probenspektrum zu Lichtleistung für unterschiedliche am optischen Filter transmittierte Wellenlängen ermittelt werden. Dadurch kann das Probenspektrum besonders effizient ermittelt werden.
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Ferner kann im Schritt des Bestimmens ein Lichtleistungsspektrum bestimmt werden, das einen Sollstrom und/oder eine Sollspannung der Lichtquelle als die Solllichtleistung für unterschiedliche vom optischen Filter transmittierte Wellenlängen repräsentiert. Dabei kann im Schritt des Änderns ein Iststrom und/oder eine Istspannung der Lichtquelle als die Istlichtleistung für unterschiedliche vom optischen Filter transmittierte Wellenlängen geändert werden. Dadurch wird eine präzise Regelung der Istlichtleistung ermöglicht, etwa durch Anheben oder Absenken des Iststroms bzw. der Istspannung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Spektrometer verwendet werden, das einen der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Modulator aufweisen. Dabei kann im Schritt des Änderns die Istlichtleistung durch Ansteuern des optischen Modulators geändert werden. Unter einem optischen Modulator kann beispielsweise ein variierbarer Absorber oder ein sonstiges geeignetes optisches Bauelement zum Ändern der von der Lichtquelle emittierten Lichtleistung verstanden werden. Dadurch kann die Istlichtleistung ohne Ändern der Spannung oder des Stroms der Lichtquelle geändert werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Vorgestellt wird ferner ein Spektrometer mit folgenden Merkmalen:
- einer Lichtquelle zum Anstrahlen einer Probe;
- einem Detektor zum Detektieren einer Intensität von von der Probe reflektiertem und/oder transmittiertem Licht;
- einem dem Detektor vorgeschalteten durchstimmbaren optischen Filter; und
- einer Vorrichtung gemäß einer vorstehenden Ausführungsform.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Spektrometers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Spektrometers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 ein Diagramm zur Darstellung eines Referenzspektrums zur Verwendung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Darstellung eines Regelkreises zum Regeln einer Istlichtleistung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 ein Diagramm zur Darstellung einer Intensität eines Detektorsignals, geregelt durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine Darstellung eines zeitlich geregelten Lichtleistungssignals, bestimmt durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 ein Diagramm zur Darstellung eines Probenspektrums, ermittelt durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Spektrometers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Spektrometer 100, hier ein Mikrospektrometer, umfasst eine breitbandige Lichtquelle 102 zum Anstrahlen einer Probe 104, etwa eines Apfels. Der Lichtquelle 102 ist ein durchstimmbarer optischer Filter 106, beispielsweise ein Fabry-Perot-Interferometer, vorgeschaltet. Ein Detektor oder ein Detektorsystem 108 des Spektrometers 100 ist ausgebildet, um eine Intensität von von der Probe 104 reflektiertem und/oder transmittiertem Licht zu detektieren und ein die Intensität des reflektierten Lichts repräsentierendes Detektorsignal 110 bereitzustellen. Beispielhaft sind in 1 die Lichtquelle 102 und der optische Filter 106 in ein elektronisches Modul 112 integriert. Der optische Filter 106 ist zwischen der Lichtquelle 102 und der Probe 104 angeordnet, d. h., das von der Lichtquelle 102 ausgesandte Licht wird vom optischen Filter 106 gefiltert, bevor es auf die Probe 104 trifft. Eine Vorrichtung 114 ist ausgebildet, um das Detektorsignal 110 einzulesen und dieses zur Regelung einer von der Lichtquelle 102 ausgesandten Lichtleistung zu verwenden. Dabei regelt die Vorrichtung 114 die Lichtleistung so nach, dass das Detektorsignal 110 konstant ist, auch wenn sich ein Wellenlängenbereich des vom Detektor 108 detektierten reflektierten Lichts ändert.
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Die Vorrichtung 114 umfasst eine Bestimmungseinheit 116, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Wellenlänge des auf die Probe 104 treffenden Lichts, ein zum Generieren des konstanten Detektorsignals 110 erforderliches Lichtleistungsspektrum zu bestimmen. Das Lichtleistungsspektrum repräsentiert dabei für jede Filterposition des optischen Filters 106 bzw. jede vom optischen Filter 106 transmittierte Wellenlänge eine von der Lichtquelle 102 zu emittierende Solllichtleistung. Die Solllichtleistung ist für jede transmittierte Wellenlänge so bestimmt, dass das Detektorsignal 110 über das gesamte Transmissionsspektrum des optischen Filters 106 hinweg konstant ist. Als Ergebnis der Bestimmung gibt die Bestimmungseinheit 116 einen der jeweiligen Solllichtleistung zugeordneten Stellwert 118 an eine Änderungseinheit 120 der Vorrichtung 114 aus. Die Änderungseinheit 120 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Detektorsignals 110 und des Stellwerts 118 ein Ansteuersignal 122 zum Ansteuern der Lichtquelle 102 zu erzeugen und an die Lichtquelle 102 auszugeben. Mittels des Ansteuersignals 122 ist eine Istlichtleistung der Lichtquelle 102 derart einstellbar, dass der Pegel des Detektorsignals 110 unabhängig vom detektierten Wellenlängenbereich konstant ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Spektrometers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Spektrometer 100 entspricht im Wesentlichen dem vorangehend anhand von 1 beschriebenen Spektrometer, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel der optische Filter 106 und der Detektor 108 in das elektronische Modul 112 integriert sind, während die Lichtquelle 102 als separates Bauelement ausgeführt ist. Dabei ist der optische Filter 106 dem Detektor 108 unmittelbar vorgeschaltet, d. h., das von der Probe 104 reflektierte Licht wird vom optischen Filter 106 gefiltert, bevor es auf den Detektor 108 trifft.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Spektrometer 100 als Mikrospektrometersystem mit einem breitbandigen Beleuchtungssystem für die Beleuchtung der Probe 104, einem durchstimmbaren Fabry-Perot-Interferometer-Filtersystem zur spektralen Filterung des Lichts vor oder nach der Probe 104 und dem Detektor 108 ausgeführt, wobei die Leistung des Beleuchtungssystems als Stellgröße fungiert und für jede Position des Fabry-Perot-Interferometers so einstellbar ist, dass am Detektor 108 ein konstantes Signal 110 als Regelgröße anliegt, also die gleiche Lichtleistung eintrifft oder der gleiche Strom detektiert wird. Optional umfasst das Mikrospektrometersystem ein Optiksystem.
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Die Lichtquelle 102 besteht je nach Ausführungsbeispiel aus einem breitbandigen Emitter, etwa einer Glühlampe, einem thermischen Emitter, einer Leuchtdiode mit Phosphorlichtquelle oder aus mehreren schmalbandigen Quellen wie etwa Laser oder Leuchtdioden. Diese sind seriell nacheinander zu- und abschaltbar. Die Lichtleistung ist durch Variation eines Quellenstroms oder einer Quellenspannung der Lichtquelle 102 oder durch einen zusätzlichen optischen Modulator, etwa einen variablen Absorber, einstellbar, wobei jeweils der Zusammenhang zwischen der jeweiligen Größe und der emittierten Lichtleistung für jede Wellenlänge bekannt ist.
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Zur Regelung des Detektorsignals 110 ist einer von verschiedenen Standardreglern, etwa PID-Regler, verwendbar.
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Zudem umfasst das Mikrospektrometersystem beispielsweise einen Algorithmus, der aus der notwendigen Lichtleistung zum Erreichen des konstanten Detektorsignals 110 je Wellenlängenbereich oder je Position des Fabry-Perot-Interferometers und aus dem bekannten Emissionsspektrum der Lichtquelle 102 die Absorption oder Reflexion durch die Probe 104 berechnet.
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Das Beleuchtungssystem, das Fabry-Perot-Interferometer-Filtersystem, die Regelelektronik sowie das Detektorsystem sind beispielsweise kompakt zusammen integriert, etwa in einem gemeinsamen Gehäuse. Der Fabry-Perot-Interferometer-Filter ist dabei beispielsweise als MOEMS-Element ausgeführt.
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Durch die konstante Lichtleistung am Detektor 108 kann dieser immer mit optimalem Signal-Rausch-Verhältnis betrieben werden. So werden bessere Signale für eine anschließende Weiterverarbeitung erreicht, beispielsweise eine chemometrische Weiterverarbeitung, oder es können bei gleicher Performance günstigere Detektoren verwendet werden.
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Das Beleuchtungssystem umfasst optional eine Kollimationsoptik. Falls nötig, werden spektral überlappend mehrere Strahlungsquellen verwendet, um die Probe 104 anzustrahlen. Gegebenenfalls ist die Lichtquelle 102 mechanisch, optisch oder elektrisch modulierbar, um eine Lock-in-Detektion zu ermöglichen.
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Je nach Beschaffenheit der Probe 104 wird das auf sie eingestrahlte Licht transmittiert, reflektiert, gestreut, absorbiert oder remittiert, beispielsweise bei Materialien, die Farbstoffmoleküle oder sich ähnlich verhaltende Moleküle enthalten. Das Licht wird von der Probe 104 zum Detektor 108 geführt. Je nach Aufbau des Spektroskopiesystems werden verschiedene Optikkomponenten wie beispielsweise Linsen, (gerichtete) Diffusoren oder Elemente, die das Sichtfeld einschränken, verwendet, die beispielsweise im Filter 106 platziert sind.
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Das Licht durchstrahlt das Fabry-Perot-Interferometer-Filtersystem, das entweder direkt nach dem Beleuchtungs- oder direkt vor dem Detektionssystem angeordnet ist. Dieses besteht je nach Ausführungsbeispiel aus einem oder mehreren seriellen Fabry-Perot-Interferometer-Filtern, beispielsweise zur Herausfilterung höherer Ordnungen. Die Fabry-Perot-Interferometer-Filter sind beispielsweise als MOEMS-Elemente aufgebaut.
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Abschließend wird das Licht mittels des Detektors 108 oder mehrerer solcher Detektoren detektiert. Je nach Wellenlänge des Lichts können die Detektoren unterschiedlich aufgebaut sein, etwa aus Si, Ge, InGaAs oder PbSe.
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Das Spektroskopiesystem ist mittels Elektronik steuerbar, über die beispielsweise auch die Messdaten auswertbar sind. Zur Detektion sehr kleiner oder verrauschter Signale wird beispielsweise die Lock-in-Technik verwendet.
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3 zeigt ein Diagramm 300 zur Darstellung eines Referenzspektrums, beispielsweise zur Verwendung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Referenzspektrum kann beispielsweise von der vorangehend anhand von 1 beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung des zum Generieren des konstanten Detektorsignals erforderlichen Lichtleistungsspektrums zusätzlich verwendet werden. Das Referenzspektrum repräsentiert einen Reflexionsgrad der Probe 104 in Abhängigkeit von einer Wellenlänge einer auf die Probe 104 treffenden Strahlung. Beispielhaft gezeigt ist ein typisches NIR-Reflexionsspektrum, das einen Reflexionsgrad R in Abhängigkeit von einer Wellenlänge λ der auf die Probe treffenden Strahlung darstellt. Unter Reflexionsgrad ist dabei das Verhältnis zwischen reflektierter und einfallender Leistung zu verstehen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelkreises 400 zum Regeln einer Istlichtleistung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, beispielsweise der vorangehend anhand der 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung. Gezeigt ist ein Wirkprinzip, durch das für jede Position des optischen Filters durch Variation der Lichtleistung der Lichtquelle mittels eines Reglers 401 ein Soll-Detektorsignal 402 eingeregelt wird. Eine durch Störgrößen 404 beeinflusste Regelstrecke ist durch einen Block 406 dargestellt.
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5 zeigt ein Diagramm 500 zur Darstellung einer Intensität des Detektorsignals 110 abhängig von einer Wellenlänge bzw. der zeitlich variierten Filterposition. Wie aus 5 ersichtlich, ist das Detektorsignal 110 über den gesamten Wellenlängenbereich bzw. Filterstellbereich hinweg konstant.
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6 zeigt ein Diagramm 600 zur Darstellung eines Lichtleistungsverlaufs, etwa eines Lichtleistungsspektrums, wie es durch die vorangehend anhand der 1 bis 5 beschriebene Vorrichtung bestimmt wurde. Das Lichtleistungsspektrum stellt eine nötige Lichtleistung oder auch einen nötigen Strom der Lichtquelle als Stellgröße in Abhängigkeit von einer Wellenlängenposition bzw. eingestellten des optischen Filters dar.
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7 zeigt ein Diagramm 700 zur Darstellung eines Probenspektrums, ermittelt durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Probenspektrum handelt es sich um ein mittels der Vorrichtung unter Verwendung des Lichtleistungsspektrums berechnetes Spektrum, das eine Intensität des von der Probe reflektierten Lichts in Abhängigkeit von einer Wellenlänge repräsentiert.
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Die 6 und 7 zeigen schematisch die Berechnung des Probenspektrums auf Basis der nötigen Stellgrößenwerte, d. h. der Lichtleistung je Position des Fabry-Pérot-Interferometers. Die nötigen Lichtleistungen zum Erreichen des Detektorsignalsollwerts korrelieren dabei mit der reflektierten Lichtleistung bei der jeweiligen Position des Fabry-Perot-Interferometers, d. h. der jeweils transmittierten Wellenlänge, sodass sich das reflektierte Spektrum aus den Stellgrößenwerten berechnen lässt. Im einfachsten Fall sind die nötigen Lichtleistungen umgekehrt proportional zur reflektierten Lichtleistung.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 800 zum Betreiben eines Spektrometers kann beispielsweise von der vorangehend anhand der 1 bis 7 beschriebenen Vorrichtung ausgeführt werden. Dabei wird in einem Schritt 810 das zum Generieren des konstanten Detektorsignals erforderliche Lichtleistungsspektrum bestimmt. In einem weiteren Schritt 820 wird unter Verwendung des Lichtleistungsspektrums als Stellgröße die Istlichtleistung der Lichtquelle nachgeregelt, sodass das Detektorsignal konstant ist.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7061618 B2 [0002]
- DE 4334336 A1 [0004]
